当电子设备性能狂飙突进，散热问题却成了“卡脖子”的隐形杀手。从手机发烫到AI芯片过热，传统硅脂、铝基散热片已难堪重负。而一种看似“奢华”的材料——金刚石，正以“终极导热王者”的姿态，掀起一场散热技术的颠覆性革命！
金刚石能够满足热管理应用的超高要求，主要有两种形式，一种把金刚石作为导热填料使用，另外一种则是金刚石热沉片。
导热金刚石填料
高分子导热材料被广泛地应用于电力电子、精密制造等诸多领域。由于多种多样的端基，其制备的导热材料的用途也是各有不同，按照应用场景的不同可以分为导热硅脂、导热凝胶，导热垫等。
对以聚合物为基体的导热复合材料而言，不仅聚合物基体能够显著影响材料的导热性能，而且填料也能在很大程度上影响复合材料整体的热导率。
在形形色色的导热填料中，金刚石的导热系数很高，可达2000W/m·K，将其作为填料添加到导热凝胶和导热垫中，能显著提高这些材料的导热能力，加快热量传递速度，例如华为公布的以金刚石颗粒为填料的导热材料专利，经实验验证，较传统硅脂等界面导热材料的导热性能有大幅提升。
单晶金刚石 图源：河南飞孟金刚石
不同种类的金刚石其导热性能也不是一成不变的，它们之间也存在一定的差异。就制造工艺而言，可以把金刚石分为直接成型的金刚石单晶和由大粒径金刚石微粒破碎而来的金刚石破碎料。金刚石单晶，其粒径往往较大，热稳定性较高；金刚石破碎料其粒径要稍小，但热稳定性会稍差。
金刚石热沉片
金刚石热沉片具有高热导率、低膨胀等优势，可用于替代氮化铝、铜、铝碳化硅等材料，广泛应用于各种大功率电子器件中，终端应用涉及到光通讯、航天航空、新能源汽车、5G基站、电子封装、光伏、储能等领域。
金刚石热沉片 图源：河南飞孟金刚石
经过近几十年来的极速发展，各种化学气相法（CVD）技术已被用于生长金刚石薄膜。化学气相法可以分为热丝化学气相沉积（HFCVD）、微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）、直流等离子体喷射化学气相沉积（DPJCVD）等。
MPCVD适用于合成高档多晶和单晶金刚石薄膜，生长速度相对较高，但成本较高，尤其是大面积生长。DPJCVD开发主要是为了实现极高的生长速率但薄膜质量和大面积生长受到限制。HFCVD是大面积生长的最佳选择，因为只有扩大真空反应器和灯丝排列才能扩大有效生长面积。
市场规模及发展
1.金刚石
我国作为全球最大的人造金刚石生产国，产业链优势显著。2023年，我国金刚石产量增至165.97亿克拉，占全球总产量的90%以上。其中，单晶金刚石是由具有饱和性和方向性的共价键结合起来的晶体，是金刚石晶体中最常见的类型，2023年产量达84.5亿拉克，占总产量的51%。
现今，科技的持续进步和工业水平的不断发展对工业金刚石提出了许多更高更新的要求，对高品级和特种金刚石的需求不断扩大，为我国人造金刚石产业带来了新的发展机遇。
2.金刚石热沉片
近年来，全球金刚石热沉片市场规模不断扩大，2023年全球金刚石热沉片市场规模约2.7亿美元，随着第三代半导体（如碳化硅、氮化镓）的普及，预计2025年市场规模将突破4亿美元。中国市场在过去几年变化较快，市场占有率逐步提升。
金刚石热沉片是理想的散热材料，在5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI和物联网等领域应用广泛。随着金刚石热沉片产业规模扩大、制备技术进步，金刚石热沉片生产成本将下降，应用领域及市场规模有望进一步扩展。
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